İlçe Samsun-Ordu karayolu üzerinde ve Yeşilırmak'ın iki yakasında Çarşamba ovası üzerinde kurulmuştur. Doğusunda Terme, Batısında Tekkeköy, Kuzeyinde Karadeniz kıyıları, Güneyde ise Ayvacık ve Salıpazan ilçeleri ile sınırlanmıştır.


Bafra gibi Çarşamba'da Yeşilırmak'ın biriktirdiği birikinti ovasıdır. Yeşilırmak ovayı ikiye bölmektedlr. Canik dağlarının uzantısı olan dağlar ilçenin güneyinde kalmaktadır. Ormanlarla kaplı olan bu alanlardan denize kadar uzanan sadece çaltı burnundaki ormanlık alandır. Türkiye'nin büyük akarsularından olan 416 km. uzunluğundaki Yeşilırmak ilçenin de en büyük akarsuyudur. Sivas'taki Köse Dağlarından (2801 m) doğar, Canik dağlarını aşarak Çarşamba ovasına ulaşır, Civa burnundan Karadeniz'e dökülür.


Yeşilırmak'ın denize yakın kısımlarında delta gölleri oluşmuştur. Sahilde yer alan bu göller; Dumanlı göl, Akarcık gölü, Akmaz gölü, Kocagöl'dür. Diğer göller ise ırmak yatağının degişmesi sonucu oluşmuş göllerdir. Bunlar; Sazlık gölü, Çilme gölü, Körırmak gölüdür. Göllerin çevresi sazlık ve bataklıkla çevrilidir.